專利名稱：一種高級量測體系信息集成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能電網(wǎng)系統(tǒng)，特別涉及智能電網(wǎng)系統(tǒng)高級量測體系的信息集成方法。
背景技術(shù)：
智能電網(wǎng)具有安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、自愈和自適應(yīng)等特點(diǎn)，能夠打造更加清潔、高效、安全、可靠的電力系統(tǒng)，是國內(nèi)外電網(wǎng)發(fā)展的新方向。智能電網(wǎng)通過采用一系列高新技術(shù)，可將能源利用效率和能源供應(yīng)安全提高到全新的水平，將污染與溫室氣體排放降低到環(huán)境可以接受的程度。智能電網(wǎng)研究致力于實(shí)現(xiàn)下述目標(biāo)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行；使分布式電源得到有效的利用；提高電網(wǎng)資產(chǎn)的利用率；提高用戶用電的效率、可靠性和電能質(zhì)量。在技術(shù)上智能電網(wǎng)通過AMI (Advanced Metering Infrastructu re,高級量測體系)、ADO (Advanced Distribution Operation,高級配電運(yùn)行)、ATO (Advanced TransmissionOperation,高級輸電運(yùn)行)和AAM(Advanced Asset Management,高級資產(chǎn)管理)之間的密切配合實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。AMI是一個用來測量、采集、傳送、儲存、分析和應(yīng)用客戶用電信息，支持雙向互動、需求響應(yīng)，對客戶合理用電、節(jié)約用電實(shí)時管理的完整體系。作為電網(wǎng)智能化的第一步，AMI在系統(tǒng)運(yùn)行、資產(chǎn)管理和負(fù)荷響應(yīng)等方面具有非常重要的作用。AMI體系機(jī)構(gòu)可劃分為三層。底層由智能電表及其他用電量測單元組成，用于采集用戶用電相關(guān)信息；中間層由數(shù)據(jù)集中器構(gòu)成，用于收集局域網(wǎng)內(nèi)的各智能電表、各量測單元的數(shù)據(jù)；上層為系統(tǒng)主站，用于量測數(shù)據(jù)的管理與分析，并通過企業(yè)總線分享數(shù)據(jù)給其他電力管理系統(tǒng)。該體系結(jié)構(gòu)通過附圖I給出了詳細(xì)描述。AMI系統(tǒng)內(nèi)通信方式有很多種，包括無線通信(GSM/GPRS、CDMA, Fiber寬帶)、電力線載波(PLC)、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)等。因此，AMI信息集成面臨著多個難題，其表現(xiàn)如下①應(yīng)用異構(gòu)——第三方廠家開發(fā)的應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不一致。②數(shù)據(jù)異構(gòu)——數(shù)據(jù)以各種不兼容格式存儲。③結(jié)構(gòu)異構(gòu)——各信息系統(tǒng)采用了多種體系結(jié)構(gòu)。④平臺異構(gòu)一由多廠家提供的不同的硬件和系統(tǒng)軟件構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺。⑤網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)一采用多種不同的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。因此需要建立一種開放的高級量測體系信息集成體系機(jī)構(gòu)，以獲得信息的高度共享和實(shí)時獲取，并滿足通信技術(shù)不斷發(fā)展的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種易于高級量測體系信息共享，方便AMI系統(tǒng)擴(kuò)展升級的信息集成方法，以解決高級量測體系“信息孤島”問題。一種高級量測體系信息集成方法，包括以下步驟
建立基本應(yīng)用要求到抽象應(yīng)用層協(xié)議之間的映射模型；制定抽象應(yīng)用層協(xié)議的詳細(xì)內(nèi)容，所述抽象應(yīng)用層協(xié)議包括子系統(tǒng)地址字段、設(shè)備地址字段、分段協(xié)議字段、功能類型字段、數(shù)據(jù)類型字段、數(shù)據(jù)長度字段、數(shù)據(jù)字段及保留字段；根據(jù)特 定現(xiàn)場總線LLC子層或幀格式的實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)分配，以建立抽象應(yīng)用層協(xié)議與特定現(xiàn)場總線應(yīng)用層協(xié)議之間的映射。根據(jù)本發(fā)明提出的ー種高級量測體系信息集成方法，其中所述基本應(yīng)用要求是要指明哪些子系統(tǒng)間、多少子系統(tǒng)間需要交換信息，交換什么信息；哪些量測單元間、多少量測單元間需要交換信息，交換什么信息。根據(jù)本發(fā)明提出的ー種高級量測體系信息集成方法，當(dāng)所述抽象應(yīng)用層協(xié)議與特定現(xiàn)場總線LLC子層或幀格式有相似的功能字段時，直接利用進(jìn)行數(shù)據(jù)分配以實(shí)現(xiàn)由抽象應(yīng)用層協(xié)議與特定現(xiàn)場總線應(yīng)用層協(xié)議之間的映射。根據(jù)本發(fā)明提出的ー種高級量測體系信息集成方法，當(dāng)所述抽象應(yīng)用層協(xié)議與特定現(xiàn)場總線LLC子層或幀格式有可進(jìn)行自定義的功能字段時，進(jìn)行相應(yīng)的靜態(tài)或動態(tài)數(shù)據(jù)分配以實(shí)現(xiàn)由抽象應(yīng)用層協(xié)議與特定現(xiàn)場總線應(yīng)用層協(xié)議之間的映射。根據(jù)本發(fā)明提出的ー種高級量測體系信息集成方法，當(dāng)所述抽象應(yīng)用層協(xié)議與特定現(xiàn)場總線LLC子層或幀格式?jīng)]有相似的功能字段，也沒有可進(jìn)行自行定義的功能字段時，利用一定數(shù)量的數(shù)據(jù)域字段進(jìn)行數(shù)據(jù)分配以實(shí)現(xiàn)由抽象應(yīng)用層協(xié)議與特定現(xiàn)場總線應(yīng)用層協(xié)議之間的映射。本發(fā)明的有益效果在于，通過本發(fā)明所提供的一種電カ系統(tǒng)高級量測體系信息集成方法，解決了 AMI系統(tǒng)設(shè)備信息集成問題，使得來自不同廠商的，存在網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)、數(shù)據(jù)異構(gòu)，平臺異構(gòu)等問題的設(shè)備，能夠通過本發(fā)明的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。尤其是當(dāng)更換不同廠商的具有不同網(wǎng)絡(luò)接ロ的底層設(shè)備吋，無需更換數(shù)據(jù)集中器或頂層設(shè)備，僅需要建立抽象應(yīng)用層協(xié)議與特定現(xiàn)場總線應(yīng)用層協(xié)議映射。因此，本方法具有通用性強(qiáng)、靈活性好的特點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明高級量測體系A(chǔ)MI的基本結(jié)構(gòu)。圖2為本發(fā)明基本應(yīng)用要求到抽象應(yīng)用層協(xié)議的映射模型。圖3為本發(fā)明抽象應(yīng)用層協(xié)議與特定總線應(yīng)用層協(xié)議映射模型。圖4為本發(fā)明抽象應(yīng)用層協(xié)議詳細(xì)制定各字段說明用表。圖5為本發(fā)明IP數(shù)據(jù)報(bào)格式及首部中的各字段。圖6為本發(fā)明抽象應(yīng)用層協(xié)議與以太網(wǎng)應(yīng)用層協(xié)議映射。
具體實(shí)施例方式以下是根據(jù)附圖對本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征做更詳細(xì)的說明。圖2給出了基本應(yīng)用要求到抽象應(yīng)用層協(xié)議的映射模型及其建立過程。抽象應(yīng)用層協(xié)議首先是為實(shí)現(xiàn)基本應(yīng)用需求而服務(wù)的，因此解決了基本應(yīng)用要求到抽象應(yīng)用層協(xié)議的映射問題。AMI系統(tǒng)的基本應(yīng)用要求是要指明，哪些子系統(tǒng)間、多少子系統(tǒng)間需要交換信息，交換什么信息；哪些量測單元間、多少量測單元間需要交換信息，交換什么信息，等等。同時，為了使基本應(yīng)用要求適應(yīng)抽象通信的需要，制定了一個應(yīng)用規(guī)則，用規(guī)范的名稱、限定的二進(jìn)制位數(shù)等來表達(dá)基本應(yīng)用要求。從圖2中可以看出，基本應(yīng)用要求包括子系統(tǒng)名稱、子系統(tǒng)數(shù)量、設(shè)備名稱、設(shè)備數(shù)量以及信息內(nèi)容；應(yīng)用規(guī)則包括名稱規(guī)范和位數(shù)限定。該抽象應(yīng)用層協(xié)議不依賴于某一種特定現(xiàn)場總線或協(xié)議棧，而是由基本應(yīng)用要求和應(yīng)用規(guī)則而來的。由圖2可知，抽象應(yīng)用層協(xié)議包括以下字段子系統(tǒng)地址字段、設(shè)備地址字段、分段協(xié)議字段、功能類型字段、數(shù)據(jù)類型字段、數(shù)據(jù)長度字段、數(shù)據(jù)字段以及保留字段。各字段具體含義如下。I、子系統(tǒng)地址各子系統(tǒng)所在節(jié)點(diǎn)的地址。2、設(shè)備地址各量測單元所在節(jié)點(diǎn)的地址。 3、分段協(xié)議一般來說，現(xiàn)場總線一幀所能攜帶的數(shù)據(jù)量是有限的，當(dāng)數(shù)據(jù)長度超過該上限時，必須多幀傳送，因此該功能段就是起到區(qū)分作用的?？蛇x用2位用于區(qū)分，具體見圖4中表
I。本發(fā)明中抽象應(yīng)用層協(xié)議的分段協(xié)議字段規(guī)定了四種傳送狀態(tài)，分別為單幀無后續(xù)、多次傳輸?shù)牡谝粠瑪?shù)據(jù)、數(shù)據(jù)傳輸中還有后續(xù)幀以及多次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)最后一幀。4、功能類型此段用于說明所傳送的數(shù)據(jù)是屬于哪種功能類型。AMI系統(tǒng)主要是通過地址和功能編號來識別信息的內(nèi)容和功能的。針對AMI系統(tǒng)的具體情況，規(guī)定了 16個功能編號，采用4位二進(jìn)制進(jìn)行編碼，其包括初始化命令功能、模擬量請求功能、采集模塊量數(shù)據(jù)上傳功能、控制輸出模擬量數(shù)據(jù)下傳功能、開關(guān)量請求功能、采集開關(guān)量功能、控制輸出開關(guān)量下傳功能、控制參數(shù)下傳功能、狀態(tài)參數(shù)請求功能、狀態(tài)參數(shù)查詢功能、狀態(tài)參數(shù)上傳功能、網(wǎng)絡(luò)配置命令功能、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)置功能、報(bào)警狀態(tài)請求功能、時鐘校時功能以及響應(yīng)(初始化成功)功能。具體設(shè)置如圖4表2所示。5、數(shù)據(jù)類型此段用于說明所傳送的數(shù)據(jù)是屬于哪種數(shù)據(jù)類型。針對AMI系統(tǒng)的具體情況，規(guī)定了 9種數(shù)據(jù)類型,可采用4位二進(jìn)制進(jìn)行編碼,其包括char型、unsigned char型、int型、unsigned int 型、long 型、unsigned long 型、string 型、float 型及 bit 型。具體設(shè)置如圖4表3所示。6、數(shù)據(jù)長度指整個數(shù)據(jù)的總長度。7、數(shù)據(jù)所要傳輸?shù)木唧w信息內(nèi)容。8、保留系統(tǒng)已定義的字段。通過引入以上八種字段，按照一定的應(yīng)用規(guī)則(包括名稱規(guī)范和位數(shù)限定)便實(shí)現(xiàn)了由基本應(yīng)用要求到抽象應(yīng)用層協(xié)議的映射。抽象應(yīng)用層協(xié)議與特定現(xiàn)場總線應(yīng)用層協(xié)議之間的映射是根據(jù)特定現(xiàn)場總線的報(bào)文格式(LLC子層或LLC幀格式)，并通過一定的映射規(guī)則實(shí)現(xiàn)的，具體映射模型如附圖3所示。通過附圖3所示的模型，可以從抽象應(yīng)用層協(xié)議獲得特定現(xiàn)場總線應(yīng)用層協(xié)議。獲得特定現(xiàn)場總線應(yīng)用層協(xié)議的目的是，使AMI系統(tǒng)能夠使用目前主流的具體現(xiàn)場總線，即保證其開放性、實(shí)用性。另ー方面，通過該模型，亦可以從特定現(xiàn)場總線應(yīng)用層協(xié)議獲得抽象應(yīng)用層協(xié)議，使基于目前主流現(xiàn)場總線的AMI終端設(shè)備具有互操作性與互換性，達(dá)到信息集成目的。根據(jù)附圖3所示的映射模型，在與某ー種具體現(xiàn)場總線進(jìn)行映射時，可根據(jù)該現(xiàn)場總線LLC子層或幀格式的實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行分配，具體實(shí)現(xiàn)為 (I)若有相似的功能字段，可直接進(jìn)行利用；(2)若有可進(jìn)行自行定義的功能字段，可進(jìn)行相應(yīng)的靜態(tài)/動態(tài)分配；(3)若通過(I)、(2)兩種方式仍不能完全實(shí)現(xiàn)功能映射，可利用一定數(shù)量的數(shù)據(jù)域(場)字段進(jìn)行分配。下面通過抽象應(yīng)用層協(xié)議與以太網(wǎng)應(yīng)用層協(xié)議的映射示例說明映射的建立過程。以太網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸采用IP數(shù)據(jù)報(bào)形式。因此以太網(wǎng)數(shù)據(jù)報(bào)類型為0800。IP是TCP/IP協(xié)議中最為核心的協(xié)議，所有的TCP、UDP、ICMP以及IGMP數(shù)據(jù)都以IP數(shù)據(jù)報(bào)格式傳輸，其格式如附圖5所示，IP首部為20個字節(jié)。抽象應(yīng)用層協(xié)議與以太網(wǎng)應(yīng)用層協(xié)議映射如圖6所示。圖6給出了ー種以太網(wǎng)應(yīng)用層協(xié)議格式，包括前導(dǎo)字段、同步字段、目的地址(DA)字段、源地址(SA)字段、類型字段、數(shù)據(jù)字段以及幀校驗(yàn)序列字段。其中前導(dǎo)字段為62位，其交替出現(xiàn)0和1，作用在于提醒接收系統(tǒng)有幀的到來，以及使到來的幀與計(jì)時器進(jìn)行同步；同步字段為2位，設(shè)置為11，表示ー幀的開始，同時表示下面的字段是目的地址；目的地址(DA)字段為48位，表示幀準(zhǔn)備發(fā)往目的站的地址；源地址(SA)字段為48位，表明該幀的數(shù)據(jù)是哪個網(wǎng)卡發(fā)的，即發(fā)送端的網(wǎng)卡地址；類型字段為16位，表示幀中數(shù)據(jù)的協(xié)議類型；數(shù)據(jù)字段即為所要傳送的高層數(shù)據(jù)，其最小長度必須為46字節(jié)；幀檢驗(yàn)序列(FCS)字段是32位冗余檢驗(yàn)碼，檢驗(yàn)除前導(dǎo)字段、同步字段和幀校驗(yàn)序列字段以外的內(nèi)容。根據(jù)本發(fā)明提出的ー種高級量測體系信息集成方法，抽象應(yīng)用層協(xié)議與特定現(xiàn)場總線(本實(shí)施例中為以太網(wǎng))應(yīng)用層協(xié)議之間的映射是由以下方式實(shí)現(xiàn)的上述前導(dǎo)字段、同步字段和幀校驗(yàn)序列字段由以太網(wǎng)自身完成設(shè)定，類型字段設(shè)置為0800，即IP數(shù)據(jù)報(bào)形式。目的地址(DA)字段映射的是抽象應(yīng)用層協(xié)議中的設(shè)備地址；源地址(SA)字段映射的是抽象應(yīng)用層協(xié)議中的子系統(tǒng)地址。數(shù)據(jù)字段所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)即為圖5所示的數(shù)據(jù)報(bào)的內(nèi)容。其中IP數(shù)據(jù)報(bào)格式中的8位協(xié)議映射的是抽象應(yīng)用層協(xié)議中的分段協(xié)議；IP數(shù)據(jù)報(bào)格式中8位服務(wù)類型的高4字節(jié)映射的是抽象應(yīng)用層協(xié)議的功能類型；IP數(shù)據(jù)報(bào)格式中8位服務(wù)類型的低4字節(jié)映射的是抽象應(yīng)用層協(xié)議的數(shù)據(jù)類型；IP數(shù)據(jù)報(bào)格式中的16位總長度(字節(jié)數(shù))映射的是抽象應(yīng)用層協(xié)議中的數(shù)據(jù)長度；IP數(shù)據(jù)報(bào)格式中的數(shù)據(jù)映射的是抽象應(yīng)用層協(xié)議中的數(shù)據(jù)。至此，完整實(shí)現(xiàn)了從抽象應(yīng)用層協(xié)議到以太網(wǎng)應(yīng)用層協(xié)議之間的映射。抽象應(yīng)用層協(xié)議與其他特定現(xiàn)場總線(如CAN，RS485, DeviceNet等)應(yīng)用層協(xié)議之間的映射可參考如上描述的抽象應(yīng)用層協(xié)議與以太網(wǎng)應(yīng)用層協(xié)議的映射建立過程。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，對本發(fā)明而言僅僅是說明性的，而非限制性 的。本專業(yè)技術(shù)人員理解，在本發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對其進(jìn)行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種高級量測體系信息集成方法，其特征在于，包括以下步驟 建立基本應(yīng)用要求到抽象應(yīng)用層協(xié)議之間的映射模型； 制定抽象應(yīng)用層協(xié)議的詳細(xì)內(nèi)容，所述抽象應(yīng)用層協(xié)議包括子系統(tǒng)地址字段、設(shè)備地址字段、分段協(xié)議字段、功能類型字段、數(shù)據(jù)類型字段、數(shù)據(jù)長度字段、數(shù)據(jù)字段及保留字段； 根據(jù)特定現(xiàn)場總線LLC子層或幀格式的實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)分配，以建立抽象應(yīng)用層協(xié)議與特定現(xiàn)場總線應(yīng)用層協(xié)議之間的映射。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種高級量測體系信息集成方法，其特征在于，所述基本應(yīng)用要求是要指明哪些子系統(tǒng)間、多少子系統(tǒng)間需要交換信息，交換什么信息；哪些量測單元間、多少量測單元間需要交換信息，交換什么信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種高級量測體系信息集成方法，其特征在于，當(dāng)所述抽象應(yīng)用層協(xié)議與特定現(xiàn)場總線LLC子層或幀格式有相似的功能字段時，直接利用進(jìn)行數(shù)據(jù)分配以實(shí)現(xiàn)由抽象應(yīng)用層協(xié)議與特定現(xiàn)場總線應(yīng)用層協(xié)議之間的映射。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種高級量測體系信息集成方法，其特征在干，當(dāng)所述抽象應(yīng)用層協(xié)議與特定現(xiàn)場總線LLC子層或幀格式有可進(jìn)行自定義的功能字段時，進(jìn)行相應(yīng)的靜態(tài)或動態(tài)數(shù)據(jù)分配以實(shí)現(xiàn)由抽象應(yīng)用層協(xié)議與特定現(xiàn)場總線應(yīng)用層協(xié)議之間的映射。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種高級量測體系信息集成方法，其特征在干，當(dāng)所述抽象應(yīng)用層協(xié)議與特定現(xiàn)場總線LLC子層或幀格式?jīng)]有相似的功能字段，也沒有可進(jìn)行自行定義的功能字段時，利用一定數(shù)量的數(shù)據(jù)域字段進(jìn)行數(shù)據(jù)分配以實(shí)現(xiàn)由抽象應(yīng)用層協(xié)議與特定現(xiàn)場總線應(yīng)用層協(xié)議之間的映射。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高級量測體系信息集成方法。本發(fā)明的信息集成方法的實(shí)施是通過一種協(xié)議制定和兩層映射關(guān)系實(shí)現(xiàn)的。首先制定了適用于高級量測體系的既能滿足其基本應(yīng)用要求又能適應(yīng)現(xiàn)場總線/通信技術(shù)不斷發(fā)展要求的抽象應(yīng)用層協(xié)議；在此基礎(chǔ)上，建立了基本應(yīng)用要求到抽象應(yīng)用層協(xié)議的映射模型，并對抽象應(yīng)用層協(xié)議的詳細(xì)制定方法給出了具體說明。為能夠使用高級量測體系應(yīng)用的主流現(xiàn)場總線而建立了抽象應(yīng)用層協(xié)議與特定現(xiàn)場總線應(yīng)用層協(xié)議的映射模型，并通過抽象應(yīng)用層協(xié)議與以太網(wǎng)應(yīng)用層協(xié)議映射示例說明了抽象應(yīng)用層協(xié)議與特定現(xiàn)場總線應(yīng)用層協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)方法。
文檔編號H04L29/08GK102664957SQ20121012879
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者佟為明, 李中偉, 李鳳閣, 林景波, 王胤燊, 金顯吉, 陳培友 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)